An exoskeleton arm optimal configuration determination using inverse kinematics and genetic algorithm.

外骨骼 运动学 遗传算法 弹道 计算机科学 执行机构 多目标优化 反向动力学 自由度(物理和化学) 控制理论(社会学) 数学优化 模拟 人工智能 数学 机器人 机器学习 量子力学 天文 经典力学 物理 控制(管理)
作者
Sebastian Głowiński,Andrzej Błażejewski
出处
期刊:PubMed 卷期号:21 (1): 45-53 被引量:14
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摘要

This paper deals with the kinematic modelling of an arm exoskeleton used for human rehabilitation. The biomechanics of the arm was studied and the 9 Degrees of Freedom model was obtained. The particular (optimal) exoskeleton arm configuration is needed, depending on patient abilities and possibility or other users activity.The model of upper arm was obtained by using Denavit-Hartenberg notation. The exoskeleton human arm was modelled in MathWorks package. The multicriteria optimization procedure was formulated to plan the motion of trajectory. In order to find the problem solution, an artificial intelligence method was used.The optimal solutions were found applying a genetic algorithm. Two variants of motion with and the visualization of the change of joints angles were shown. By the use of genetic algorithms, movement trajectory with the Pareto-optimum solutions has been presented as well. Creating a utopia point, it was possible to select only one solution from Pareto-optimum results.The obtained results demonstrate the efficiency of the proposed approach that can be utilized to analyse the kinematics and dynamics of exoskeletons using the dedicated design process. Genetic algorithm solution could be implemented to command actuators, especially in the case of multi-criteria problems. Moreover, the effectiveness of this method should be evaluated in the future by real experiments.

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